JP2005252266A - Method for manufacturing memory device having gate containing uniformly distributed, silicon nano-dots - Google Patents

Method for manufacturing memory device having gate containing uniformly distributed, silicon nano-dots Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a memory device having a gate containing uniformly distributed, silicon nano-dots. <P>SOLUTION: A method for manufacturing a memory device comprises a first stage in which an insulating film and a gate containing a nano-dot layer and a conduction film pattern which are sequentially stacked with a certain interval and enclosed by the insulating film; a second stage in which a source region and a drain region, which contact to the gate, are formed on the substrate; and a third stage in which a first metal layer and a second metal layer are formed in the source region and the drain region respectively. Thus, since nano-dots are never exposed in a etching process for the gate formation, a problem of projection of the nano-dots outside the gate, or irregularity of an edge of the gate is prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体素子の製造方法に係り、特に均一に分布されたナノドットを含むゲートが備えられたメモリ素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a memory device including gates including nanodots that are uniformly distributed.

MOSFET(Metal Oxide Field Effect Transistor)のサイズが小さくなるにつれ、MOSFETの縮小化を難しくする問題点が表れている。例えば、素子のサイズが小さくなるにつれ、有効チャンネル長の減少によるDIBL(Drain Induced Barrier Lowering)やパンチスルー、素子内部の電界増加により発生する高温キャリアによる酸化膜の劣化や漏れ電流の増加などの問題が発生している。このような問題は、MOSFETの縮小化を難しくする主な要因となっている。   As the size of a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) becomes smaller, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the MOSFET. For example, as the element size is reduced, problems such as DIBL (Drain Induced Barrier Lowering) and punch-through due to a decrease in effective channel length, deterioration of oxide film due to high-temperature carriers generated due to an increase in electric field inside the element, and increase in leakage current, etc. Has occurred. Such a problem is a main factor that makes it difficult to reduce the size of the MOSFET.

しかし、何より重要なことは、MOSFETについてのスケーリングを続けて、その大きさをナノメートルのレベルまで小さくする場合に、根本的な物理的限界に直面するという事実である。   Most importantly, however, is the fact that we continue to face fundamental physical limitations as we continue to scale the MOSFET and reduce its size to the nanometer level.

即ち、極小化されたMOSFETでは、素子の動作に関与する電子の数と熱的に揺動する電子の数がほぼ同一になって、常温での適切な動作を期待できなくなる。   That is, in the miniaturized MOSFET, the number of electrons involved in the operation of the element is almost the same as the number of thermally oscillating electrons, and an appropriate operation at normal temperature cannot be expected.

これにより、前記問題点を有するMOSFETを代替する素子が必要となり、このような必要性によって開発されたメモリ素子のうち一つがフラッシュメモリ素子である。   As a result, an element that replaces the MOSFET having the above-described problems is required, and one of the memory elements developed due to the necessity is a flash memory element.

図1を参照すれば、従来のフラッシュメモリ素子は、既存のMOSFETに使われる基板10と、基板10上に形成されたゲート積層物12とで構成される。基板10にソース領域10s及びドレイン領域10dが、所定の間隔で形成されている。ゲート積層物12は、ソース領域10sとドレイン領域10dの間の基板10上に存在する。ゲート積層物12は、ゲート絶縁膜12a、電子がトラップされるフローティングゲート12b、層間絶縁膜12c及びコントロールゲート12dが順次に積層されたものである。   Referring to FIG. 1, the conventional flash memory device includes a substrate 10 used for an existing MOSFET and a gate stack 12 formed on the substrate 10. A source region 10s and a drain region 10d are formed on the substrate 10 at a predetermined interval. The gate stack 12 exists on the substrate 10 between the source region 10s and the drain region 10d. The gate stack 12 is formed by sequentially stacking a gate insulating film 12a, a floating gate 12b in which electrons are trapped, an interlayer insulating film 12c, and a control gate 12d.

このようなフラッシュメモリ素子は、FET(Field Effect Transistor)であり、かつフローティングゲート12bにトラップされた電子が電源をオフにした後もそのまま存在する不揮発性メモリ素子である。したがって、フラッシュメモリ素子を利用すれば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)より安価な不揮発性メモリ素子を実現できる。   Such a flash memory element is a field effect transistor (FET), and is a non-volatile memory element that exists even after electrons trapped in the floating gate 12b are turned off. Therefore, if a flash memory device is used, a non-volatile memory device that is cheaper than a DRAM (Dynamic Random Access Memory) can be realized.

このような利点にもかかわらず、図1に示されたフラッシュメモリ素子の場合、記録速度が遅く、記録電圧が高く、記録回数が一万回程度に制限されるという短所を有する。また、保持時間を十分に増やすために、ゲート絶縁膜の厚さを十分に厚く維持せねばならない。このような要因によって、前記フラッシュメモリ素子の縮小化も制限される。   Despite such advantages, the flash memory device shown in FIG. 1 has the disadvantages that the recording speed is slow, the recording voltage is high, and the number of recordings is limited to about 10,000. Further, in order to sufficiently increase the holding time, the gate insulating film must be kept sufficiently thick. Due to such factors, the reduction of the flash memory device is also limited.

これにより、最近には、ナノ技術を使用したフラッシュメモリ素子が紹介されている。   Accordingly, recently, flash memory devices using nanotechnology have been introduced.

現在まで紹介されたナノ技術が使われたフラッシュメモリ素子の特徴は、フローティングゲートをナノドットで形成することである。   The feature of the flash memory device using the nano technology introduced so far is that the floating gate is formed of nano dots.

しかし、現在まで紹介されたナノ技術が使われたフラッシュメモリ素子の場合、ナノドットが先に形成され、次いで、ゲート形成のためのエッチング工程が実施されるため、前記ナノドットとゲート絶縁膜とのエッチング率の差により、ゲートの境界が前記ナノドットに沿ってでこぼこになり、特に一部のナノドットが前記ゲートの外に飛び出ることがある。   However, in the case of the flash memory device using the nano technology introduced up to now, the nano dots are formed first, and then the etching process for forming the gate is performed, so that the nano dots and the gate insulating film are etched. Due to the difference in rate, the gate boundary may be bumpy along the nanodots, and in particular, some nanodots may jump out of the gate.

本発明が解決しようとする課題は、前述した従来技術の問題点を改善するためのものであって、シリコンナノドットをゲートに均一に分布でき、前記ナノドットがゲートの外に飛び出ることを防止できるメモリ素子の製造方法を提供するところにある。   The problem to be solved by the present invention is to improve the above-mentioned problems of the prior art, in which silicon nanodots can be uniformly distributed on the gate, and the nanodot can be prevented from jumping out of the gate A method for manufacturing an element is provided.

本発明に係るメモリ素子の製造方法は、絶縁膜と、所定の間隔をあけて順次に積層されると共に前記絶縁膜に内包されるナノドット層及び導電膜パターンとを含むゲートを、基板上に形成する第1段階と、前記ゲートと接触するソース領域とドレイン領域とを前記基板に形成する第2段階と、前記ソース領域と前記ドレイン領域とに、第1金属層と第2金属層とを、それぞれ形成する第3段階とからなる。   A method of manufacturing a memory device according to the present invention includes forming a gate including an insulating film and a nanodot layer and a conductive film pattern that are sequentially stacked at a predetermined interval and are included in the insulating film on a substrate. A first step of forming a source region and a drain region in contact with the gate on the substrate; a first metal layer and a second metal layer on the source region and the drain region; It consists of a third stage of forming each.

前記第1段階は、前記絶縁膜と、ナノドット層形成用の物質膜と、導電膜パターンとを含むゲート積層物を前記基板上に形成する第1A段階と、前記ナノドット層形成用の物質膜を少なくとも一つのナノドットを含むナノドット層に変換する第1B段階とを含むことが好ましい。   The first step includes forming a gate stack including the insulating film, a material film for forming a nanodot layer, and a conductive film pattern on the substrate, and a material film for forming the nanodot layer. It is preferable to include the 1B step | paragraph which converts into the nanodot layer containing at least 1 nanodot.

前記第1B段階で、前記ナノドット層形成用の物質膜が前記ナノドット層になるまで前記ゲート積層物をアニーリングすることが好ましい。   In the step 1B, the gate stack is preferably annealed until the material film for forming the nanodot layer becomes the nanodot layer.

前記第1A段階は、第1絶縁膜と、前記ナノドット層形成用の物質膜と、第2絶縁膜と、導電膜と、第3絶縁膜とを、前記基板上に順次に積層する第1AA段階と、前記第1絶縁膜と、前記ナノドット層形成用の物質膜と、前記第2絶縁膜と、前記導電膜と、前記第3絶縁膜とを、パターニングして積層物を形成する第1AB段階と、前記積層物の側面にスペーサを形成する第1AC段階とを含むことが好ましい。   The first A stage is a first AA stage in which a first insulating film, a material film for forming the nanodot layer, a second insulating film, a conductive film, and a third insulating film are sequentially stacked on the substrate. And a first AB step of patterning the first insulating film, the material film for forming the nanodot layer, the second insulating film, the conductive film, and the third insulating film to form a laminate. And a first AC step of forming a spacer on a side surface of the laminate.

前記第1B段階より前記第2段階を先に実施することが好ましい。   It is preferable that the second stage is performed before the first B stage.

前記ナノドット層形成用の物質膜は、SiO2-X膜(0<X<1)またはSi34-X膜(0<X<1)で形成することが好ましい。 The material film for forming the nanodot layer is preferably formed of a SiO 2−X film (0 <X <1) or a Si 3 N 4−X film (0 <X <1).

前記ゲートのアニーリングは、700℃〜1100℃の温度で、30秒〜1時間行うことが好ましい。   The annealing of the gate is preferably performed at a temperature of 700 ° C. to 1100 ° C. for 30 seconds to 1 hour.

前記第1段階は、基板上に第1絶縁膜を形成する第1C段階と、前記第1絶縁膜上にナノドット層形成用の物質膜を形成する第1D段階と、前記ナノドット層形成用の物質膜をパターニングにより、ゲート形成領域を規定するナノドット層形成用の物質膜パターンを形成する第1E段階と、前記ナノドット層形成用の物質膜パターンを少なくとも一つのナノドットを含むナノドット層に変換させる第1F段階と、前記ナノドット層が形成された結果物の上に前記ナノドット層を覆う第2絶縁膜を形成する第1G段階と、前記第2絶縁膜の前記ナノドット層に対応する位置に前記導電膜パターンを形成する第1H段階と、前記第2絶縁膜上に前記導電膜パターンを覆う第3絶縁膜を形成する第1I段階と、前記導電膜パターンと前記ナノドット層とを含むように、前記第1絶縁膜と、第2絶縁膜と、第3絶縁膜とをパターニングする第1J段階とを含むことが好ましい。   The first stage includes a first C stage for forming a first insulating film on a substrate, a first D stage for forming a material film for forming a nanodot layer on the first insulating film, and a material for forming the nanodot layer. A first step of forming a material film pattern for forming a nanodot layer defining a gate forming region by patterning the film, and a first F for converting the material film pattern for forming the nanodot layer into a nanodot layer including at least one nanodot. A first G stage of forming a second insulating film covering the nanodot layer on the resultant structure on which the nanodot layer is formed; and the conductive film pattern at a position corresponding to the nanodot layer of the second insulating film. A first H stage for forming a first insulating layer; a first I stage for forming a third insulating film covering the conductive film pattern on the second insulating film; and the conductive film pattern and the nanodots. To include the bets, and the first insulating film preferably includes a second insulating film, and a second 1J step of patterning the third insulating film.

前記第1絶縁膜と、第2絶縁膜と、第3絶縁膜とを同一物質膜で形成することが好ましい。   Preferably, the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film are formed of the same material film.

前記ナノドット層形成用の物質膜は、SiO2-X膜(0<X<1)またはSi34-X膜(0<X<1)で形成することが好ましい。 The material film for forming the nanodot layer is preferably formed of a SiO 2−X film (0 <X <1) or a Si 3 N 4−X film (0 <X <1).

前記第1F段階で、前記ナノドット層形成用の物質膜をアニーリングして前記ナノドット層に変換することが好ましい。   In the first step F, it is preferable that the material film for forming the nanodot layer is annealed and converted into the nanodot layer.

前記アニーリングは、700℃〜1100℃の温度で、30秒〜1時間行うことが好ましい。   The annealing is preferably performed at a temperature of 700 ° C. to 1100 ° C. for 30 seconds to 1 hour.

前記第1段階は、基板上に第1絶縁膜を形成する第1K段階と、前記第1絶縁膜にナノドットの形成のためのシードを注入する第1L段階と、前記シードが注入された第1絶縁膜をパターニングして、ゲート形成領域を限定する第1絶縁膜パターンを形成する第1M段階と、前記第1絶縁膜パターンに少なくとも一つのナノドットを含むナノドット層を形成する第1N段階と、前記基板上に前記ナノドット層が含まれた前記第1絶縁膜パターンを覆う第2絶縁膜を形成する第1O段階と、前記第2絶縁膜の前記ナノドット層の真上側に対応する所定領域上に前記導電膜パターンを形成する第1P段階と、前記第2絶縁膜上に前記導電膜パターンを覆う第3絶縁膜を形成する第1Q段階と、前記導電膜パターンと前記ナノドット層とを含むように、前記第1絶縁膜と、第2絶縁膜と、第3絶縁膜とをパターニングする第1R段階とを含むことが好ましい。   The first step includes a first K step of forming a first insulating film on the substrate, a first L step of implanting a seed for forming nanodots into the first insulating film, and a first step of implanting the seed. Patterning an insulating film to form a first insulating film pattern that defines a gate forming region; a first N stage that forms a nanodot layer including at least one nanodot in the first insulating film pattern; and Forming a second insulating film covering the first insulating film pattern including the nanodot layer on the substrate; and forming a second insulating film on a predetermined region corresponding to the upper side of the nanodot layer of the second insulating film. A first P stage for forming a conductive film pattern; a first Q stage for forming a third insulating film covering the conductive film pattern on the second insulating film; and the conductive film pattern and the nanodot layer. , Said first insulating film preferably includes a second insulating film, and a second 1R step of patterning the third insulating film.

前記第1絶縁膜と、第2絶縁膜と、第3絶縁膜とは、シリコン酸化膜で形成することが好ましい。   The first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film are preferably formed of a silicon oxide film.

前記シードは、シリコンであることが好ましい。   The seed is preferably silicon.

前記第1M段階を前記第1L段階より先に実施することが好ましい。   The first M stage is preferably performed before the first L stage.

前記第1N段階で、前記ナノドット層は、前記第1絶縁膜パターンをアニーリングして形成することが好ましい。   In the first N stage, the nanodot layer is preferably formed by annealing the first insulating film pattern.

前記アニーリングは、700℃〜1100℃の温度で、30秒〜1時間行うことが好ましい。   The annealing is preferably performed at a temperature of 700 ° C. to 1100 ° C. for 30 seconds to 1 hour.

本発明に係るメモリ素子の製造方法を利用してメモリ素子を製造する場合、前記ゲート形成のためのエッチング工程でナノドットが全く露出されないので、ナノドットがゲートの外に突出するか、またはゲートの縁部がでこぼこになることを防止できる。   When a memory device is manufactured using the method for manufacturing a memory device according to the present invention, since the nanodot is not exposed at all in the etching process for forming the gate, the nanodot protrudes outside the gate or the edge of the gate. It is possible to prevent the portion from being bumpy.

以下、本発明の実施形態によるメモリ素子の製造方法を、添付された図面を参照して詳細に説明する。この過程で、図面に示された層や領域の厚さは、明細書を明確にするために誇張して示されたものである。   Hereinafter, a method for manufacturing a memory device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of layers and regions shown in the drawings are exaggerated for clarity of the specification.

<第1の実施形態>   <First Embodiment>

本発明の第1の実施形態によるメモリ素子の製造方法(以下、本発明の第1製造方法)を図2ないし図6を参照して説明する。   A method for manufacturing a memory device according to a first embodiment of the present invention (hereinafter referred to as a first manufacturing method of the present invention) will be described with reference to FIGS.

図2を参照すれば、基板40上に第1絶縁膜42、ナノドットの形成のための物質膜(以下、ナノドット物質膜)44、第2絶縁膜46、導電膜48及び第3絶縁膜50を順次に形成する。基板40は半導体基板で形成でき、第1絶縁膜42はトンネリング膜で、例えばシリコン酸化膜SiO2で形成できる。そして、ナノドット物質膜44は、電子がトラップされる所定厚さの物質膜、例えばシリコン酸化膜SiO2-Xまたは窒化膜Si34-Xで形成できる。ここで、下添字“X”の値は0<X<1である。第2絶縁膜46は、所定の酸化膜、例えばシリコン酸化膜で形成できる。そして、導電膜48は、コントロールゲートを形成するためのものであって、例えばドーピングされたポリシリコン膜または金属膜で形成できる。 Referring to FIG. 2, a first insulating film 42, a material film for forming nanodots (hereinafter referred to as nanodot material film) 44, a second insulating film 46, a conductive film 48, and a third insulating film 50 are formed on a substrate 40. Sequentially formed. The substrate 40 can be formed of a semiconductor substrate, and the first insulating film 42 can be formed of a tunneling film, for example, a silicon oxide film SiO 2 . The nanodot material film 44 may be formed of a material film having a predetermined thickness in which electrons are trapped, for example, a silicon oxide film SiO 2 -X or a nitride film Si 3 N 4 -X . Here, the value of the subscript “X” is 0 <X <1. The second insulating film 46 can be formed of a predetermined oxide film, for example, a silicon oxide film. The conductive film 48 is for forming a control gate, and can be formed of, for example, a doped polysilicon film or a metal film.

次に、第3絶縁膜50上にゲート形成領域を限定する感光膜パターン(図示せず)を形成する。前記感光膜パターンをマスクとして使用して、基板40上に順次に積層された前記物質膜42、44、46、48、50を逆順にエッチングする。この際、前記エッチングは、基板40が露出されるまで実施する。前記エッチングが完了した後、前記感光膜パターンを除去する。その結果、図3Aに示したように、基板40の所定領域上にゲート積層物Gが形成され、ゲート積層物Gの間に基板40を露出させるホールh1が形成される。基板40のホールh1を通じて露出された領域は、後続工程でソース及びドレイン領域となる。ゲート積層物Gは、基板40上に順次に積層された物質膜42、44、46、48、50(図2参照)のパターン42a、44a、46a、48a、50aで構成される。   Next, a photosensitive film pattern (not shown) that defines a gate formation region is formed on the third insulating film 50. The material layers 42, 44, 46, 48, and 50 sequentially stacked on the substrate 40 are etched in reverse order using the photoresist pattern as a mask. At this time, the etching is performed until the substrate 40 is exposed. After the etching is completed, the photoresist pattern is removed. As a result, as illustrated in FIG. 3A, the gate stack G is formed on a predetermined region of the substrate 40, and a hole h <b> 1 that exposes the substrate 40 is formed between the gate stack G. The region exposed through the hole h1 of the substrate 40 becomes a source and drain region in a subsequent process. The gate stack G includes material patterns 42, 44, 46, 48, and 50 (see FIG. 2) 42a, 44a, 46a, 48a, and 50a sequentially stacked on the substrate 40.

このように、ゲート積層物Gを形成した後、基板40の全面にゲート積層物Gを覆う薄い厚さのシリコン酸化膜を形成し、前記シリコン酸化膜を異方性エッチングする。前記異方性エッチングの性質によって、ゲート積層物Gの側面を除いた全領域で前記シリコン酸化膜が除去され、ゲート積層物Gの側面にのみシリコン酸化膜パターンSP、即ちスペーサが形成される。   Thus, after forming the gate stack G, a thin silicon oxide film covering the gate stack G is formed on the entire surface of the substrate 40, and the silicon oxide film is anisotropically etched. Due to the nature of the anisotropic etching, the silicon oxide film is removed in the entire region except the side surface of the gate stack G, and a silicon oxide pattern SP, that is, a spacer is formed only on the side surface of the gate stack G.

以下、図3Bに示したように、ゲート積層物GとスペーサSPとを合わせて第1ゲートG1で表示する。そして、スペーサSPと第1ないし第3絶縁膜パターン42a、46a、50aは、相異なる絶縁膜でも形成できるが、同一な絶縁膜で形成することが望ましいので、絶縁膜52で表示する。   Hereinafter, as shown in FIG. 3B, the gate stack G and the spacer SP are combined and displayed by the first gate G1. The spacer SP and the first to third insulating film patterns 42a, 46a, and 50a can be formed of different insulating films, but are preferably formed of the same insulating film, and are therefore displayed as the insulating film 52.

次いで、上述したように、基板40上に第1ゲートG1を形成した後で、基板40を所定のアニーリング装置にローディングして所定の温度で所定の時間アニーリングする。例えば、700℃〜1100℃の温度で30秒〜1時間の間にアニーリングすることが好ましい。前記アニーリングの間に、ナノドット物質膜パターン44aからシリコンSiが析出される。このようなアニーリングを行ったことにより、第1ゲートG1のナノドット物質膜パターン44aにナノサイズを有する結晶ドットが形成され、こうしてナノドット物質膜パターン44aは、図4に示したように、所定の間隔に分布するナノサイズの結晶ドット54を含むナノドット層56となる。ナノドット層56は、所定の間隔で離隔された複数のナノドット群N1からなっており、各群N1は再び複数のナノドット54を含む。ナノドット層56は、フローティングゲートであって、各ナノドット54に電子がトラップされる。したがって、ナノドット層56は、保存電極で使われることができる。   Next, as described above, after forming the first gate G1 on the substrate 40, the substrate 40 is loaded into a predetermined annealing apparatus and annealed at a predetermined temperature for a predetermined time. For example, it is preferable to anneal at a temperature of 700 ° C. to 1100 ° C. for 30 seconds to 1 hour. During the annealing, silicon Si is deposited from the nanodot material film pattern 44a. By performing such annealing, crystal dots having a nano size are formed in the nanodot material film pattern 44a of the first gate G1, and thus the nanodot material film pattern 44a has a predetermined interval as shown in FIG. Thus, the nanodot layer 56 including the nano-sized crystal dots 54 distributed in the region is formed. The nanodot layer 56 is composed of a plurality of nanodot groups N1 separated by a predetermined interval, and each group N1 includes a plurality of nanodots 54 again. The nanodot layer 56 is a floating gate, and electrons are trapped in each nanodot 54. Accordingly, the nanodot layer 56 can be used as a storage electrode.

第1ゲートG1にこのようなナノドット層56を形成した後で、基板40を前記アニーリング装置から取り出す。   After the nanodot layer 56 is formed on the first gate G1, the substrate 40 is taken out from the annealing apparatus.

次に、図5に示したように、第1ゲートG1が形成された基板40に導電性不純物をイオン注入して、ホールh1を通じて露出された基板40の所定領域にソース領域S及びドレイン領域Dを形成する。   Next, as shown in FIG. 5, a conductive impurity is ion-implanted into the substrate 40 on which the first gate G1 is formed, and the source region S and the drain region D are introduced into predetermined regions of the substrate 40 exposed through the holes h1. Form.

これにより、基板40に第1ゲートG1とソース領域S及びドレイン領域Dを含むトランジスタが形成されるが、第1ゲートG1は、保存電極として使うことができるナノドット層56が含まれているので、前記トランジスタは単電子メモリ素子と同等な役割を行える。   As a result, a transistor including the first gate G1, the source region S, and the drain region D is formed on the substrate 40. The first gate G1 includes the nanodot layer 56 that can be used as a storage electrode. The transistor can perform the same role as a single-electron memory device.

次に、図6に示したように、第1ゲートG1上にホールh1を通じてソース領域Sに連結される第1金属層58を形成し、ホールh1を通じてドレイン領域Dに連結される第2金属層60を形成する。第1金属層58及び第2金属層60は、第1ゲートG1上にホールh1を充填する金属層(図示せず)を形成した後、前記金属層上に第1金属層58及び第2金属層60を限定する感光膜パターン(図示せず)を形成し、前記感光膜パターンをエッチングマスクとして前記金属層をエッチングすることによって形成できる。   Next, as shown in FIG. 6, a first metal layer 58 connected to the source region S through the hole h1 is formed on the first gate G1, and a second metal layer connected to the drain region D through the hole h1. 60 is formed. The first metal layer 58 and the second metal layer 60 are formed by forming a metal layer (not shown) filling the hole h1 on the first gate G1, and then forming the first metal layer 58 and the second metal layer on the metal layer. A photosensitive film pattern (not shown) that defines the layer 60 may be formed, and the metal layer may be etched using the photosensitive film pattern as an etching mask.

<第2の実施形態>   <Second Embodiment>

本発明の第2の実施形態によるメモリ素子の製造方法(以下、本発明の第2製造方法)は、前記本発明の第1製造方法と異なって、ナノドット層をまず形成した後、コントロールゲートと第2ゲートとを順次に形成することに特徴がある。   Unlike the first manufacturing method of the present invention, the method of manufacturing a memory device according to the second embodiment of the present invention (hereinafter referred to as the second manufacturing method of the present invention) first forms a nanodot layer, The second gate is characterized by being formed sequentially.

下記の本発明の第2製造方法についての詳細な説明に記載された参照番号のうち、本発明の第1製造方法の詳細な説明に記載された参照番号と同じものは、本発明の第1製造方法で説明した部材と同じ部材を示す。以下では、同じ部材についての説明を省略する。   Of the reference numerals described in the detailed description of the second manufacturing method of the present invention below, the same reference numerals as those described in the detailed description of the first manufacturing method of the present invention are the same as those in the first of the present invention. The same member as the member described in the manufacturing method is shown. Below, the description about the same member is abbreviate | omitted.

図7を参照すれば、本発明の第2製造方法は、まず基板40上に第1絶縁膜42及びナノドット物質膜44を順次に形成する。ナノドット物質膜44の厚さによって、後続工程で形成されるナノドットのサイズが変わる。したがって、ナノドット物質膜44は、所望のナノドットのサイズによって異なる厚さに形成できる。例えば、ナノドット物質膜44は、ナノドットのサイズが2nm〜5nmとなる厚さに形成できる。   Referring to FIG. 7, in the second manufacturing method of the present invention, first, a first insulating film 42 and a nanodot material film 44 are sequentially formed on a substrate 40. Depending on the thickness of the nanodot material film 44, the size of the nanodot formed in the subsequent process varies. Therefore, the nanodot material film 44 can be formed to have a different thickness depending on a desired nanodot size. For example, the nanodot material film 44 can be formed to a thickness such that the nanodot size is 2 nm to 5 nm.

次に、図8に示したように、ナノドット物質膜44についての写真及びエッチング工程(フォトエッチング)を実施して、第1絶縁膜42上に第1絶縁膜42の所定領域を露出させるナノドット物質膜パターン44aを形成する。第1絶縁膜42の前記露出された領域の下の基板40には、後続工程でソース領域及びドレイン領域が形成される。ナノドット物質膜パターン44aを形成した後、その結果物を所定のアニーリング装置を利用して、所定の温度と圧力で所定時間アニーリングする。例えば、700℃〜1100℃の温度で30秒〜1時間の間にアニーリングすることが好ましい。   Next, as shown in FIG. 8, a nanodot material that exposes a predetermined region of the first insulating film 42 on the first insulating film 42 by performing a photo and etching process (photoetching) on the nanodot material film 44. A film pattern 44a is formed. A source region and a drain region are formed in a subsequent process on the substrate 40 below the exposed region of the first insulating film 42. After the nanodot material film pattern 44a is formed, the resultant product is annealed at a predetermined temperature and pressure for a predetermined time using a predetermined annealing apparatus. For example, it is preferable to anneal at a temperature of 700 ° C. to 1100 ° C. for 30 seconds to 1 hour.

この過程において、ナノドット物質膜パターン44aからシリコンが析出される一方、ナノドット物質膜パターン44aにナノドットが形成され始め、その結果ナノドット物質膜パターン44aは、図9に示したように、所定の間隔で均一に分布された複数のナノドット54を含むナノドット層56となる。   In this process, while silicon is deposited from the nanodot material film pattern 44a, nanodots start to be formed in the nanodot material film pattern 44a. As a result, the nanodot material film pattern 44a is formed at predetermined intervals as shown in FIG. The nanodot layer 56 includes a plurality of nanodots 54 that are uniformly distributed.

図10を参照すれば、第1絶縁膜42上にナノドット層54を覆う第4絶縁膜62及び導電膜64を順次に形成する。第4絶縁膜62は、所定の酸化膜、例えばシリコン酸化膜で形成できる。第4絶縁膜62は、本発明の第1製造方法の第2絶縁膜46に対応できる。導電膜64は、ドーピングされたポリシリコン膜または金属膜で形成できる。導電膜64は、本発明の第1製造方法の導電膜48に対応できる。   Referring to FIG. 10, a fourth insulating film 62 and a conductive film 64 are sequentially formed on the first insulating film 42 so as to cover the nanodot layer 54. The fourth insulating film 62 can be formed of a predetermined oxide film, for example, a silicon oxide film. The fourth insulating film 62 can correspond to the second insulating film 46 of the first manufacturing method of the present invention. The conductive film 64 can be formed of a doped polysilicon film or a metal film. The conductive film 64 can correspond to the conductive film 48 of the first manufacturing method of the present invention.

導電膜64を形成した後、導電膜64に写真及びエッチング工程を適用して、第4絶縁膜62の所定領域上に導電膜パターン64aを形成する。導電膜パターン64aは、図11に示したように、ナノドット層56と導電膜パターン64aが上下に向き合うように、ナノドット層56の真上側の第4絶縁膜62上に形成することが望ましい。導電膜パターン64aはフローティングゲートで使われる。   After the conductive film 64 is formed, a conductive film pattern 64 a is formed on a predetermined region of the fourth insulating film 62 by applying a photograph and an etching process to the conductive film 64. As shown in FIG. 11, the conductive film pattern 64a is preferably formed on the fourth insulating film 62 directly above the nanodot layer 56 so that the nanodot layer 56 and the conductive film pattern 64a face each other vertically. The conductive film pattern 64a is used as a floating gate.

次に、図12に示したように、第4絶縁膜62上に導電膜パターン64aを覆う第5絶縁膜66を所定の厚さに形成する。第5絶縁膜66は、所定の酸化膜、例えばシリコン酸化膜で形成できる。この場合、第1絶縁膜42、第4絶縁膜62、第5絶縁膜66はいずれも同一な物質膜であるので、図13に示したように、一つの第6絶縁膜68で示すことができる。   Next, as shown in FIG. 12, a fifth insulating film 66 covering the conductive film pattern 64a is formed on the fourth insulating film 62 to a predetermined thickness. The fifth insulating film 66 can be formed of a predetermined oxide film, for example, a silicon oxide film. In this case, since the first insulating film 42, the fourth insulating film 62, and the fifth insulating film 66 are all the same material film, they may be represented by one sixth insulating film 68 as shown in FIG. it can.

次いで、図14に示したように、導電層パターン64aの間の第6絶縁膜68に基板40を露出させるホールh2を形成し、ホールh2の間の基板40上に第2ゲートG2を形成する。第2ゲートG2は、第6絶縁膜68を含み、第6絶縁膜68には、順次に積層されたナノドット層56及び導電膜パターン64aが、上下に離隔されて内包される。第2ゲートG2は、本発明の第1製造方法の第1ゲートG1と同等なものである。   Next, as shown in FIG. 14, a hole h2 that exposes the substrate 40 is formed in the sixth insulating film 68 between the conductive layer patterns 64a, and a second gate G2 is formed on the substrate 40 between the holes h2. . The second gate G2 includes a sixth insulating film 68, and a nanodot layer 56 and a conductive film pattern 64a that are sequentially stacked are included in the sixth insulating film 68 so as to be separated from each other in the vertical direction. The second gate G2 is equivalent to the first gate G1 of the first manufacturing method of the present invention.

次に、図15に示したように、ホールh2を通じて露出された基板40の所定領域に導電性不純物をイオン注入して、ソース領域Sとドレイン領域Dとを形成する。   Next, as shown in FIG. 15, a conductive impurity is ion-implanted into a predetermined region of the substrate 40 exposed through the hole h2, thereby forming a source region S and a drain region D.

次に、図16に示したように、第2ゲートG2上にソース領域Sと接触されるように第1金属層58を、ドレイン領域Dと接触されるように第2金属層60を、それぞれ形成する。第1及び第2金属層58、60は離隔されている。   Next, as shown in FIG. 16, the first metal layer 58 is brought into contact with the source region S on the second gate G2, and the second metal layer 60 is brought into contact with the drain region D, respectively. Form. The first and second metal layers 58 and 60 are spaced apart.

<第3の実施形態>   <Third Embodiment>

本発明の第3の実施形態によるメモリ素子の製造方法(以下、本発明の第3製造方法)は、トンネリング膜として使われる第1絶縁膜にシリコンをイオン注入し、前記第1絶縁膜42をパターニングした後、パターニングされた第1絶縁膜42にナノドットを形成するところに特徴がある。   In a method of manufacturing a memory device according to the third embodiment of the present invention (hereinafter, third manufacturing method of the present invention), silicon is ion-implanted into a first insulating film used as a tunneling film, and the first insulating film 42 is formed. It is characterized in that after the patterning, nanodots are formed in the patterned first insulating film 42.

下記の本発明の第3製造方法についての詳細な説明に記載された参照番号のうち、本発明の第1製造方法または第2製造方法の詳細な説明に記載された参照番号と同じものは、本発明の第1製造方法または第2製造方法で説明した部材と同じ部材を示す。以下では、同じ部材についての説明を省略する。   Of the reference numbers described in the detailed description of the third manufacturing method of the present invention below, the same reference numbers as those described in the detailed description of the first manufacturing method or the second manufacturing method of the present invention are as follows: The same member as the member demonstrated by the 1st manufacturing method or the 2nd manufacturing method of this invention is shown. Below, the description about the same member is abbreviate | omitted.

本発明の第3製造方法は、まず図17に示したように、基板40上に第7絶縁膜70を形成する。第7絶縁膜70は、所定の酸化膜、例えばシリコン酸化膜で形成できる。   In the third manufacturing method of the present invention, first, a seventh insulating film 70 is formed on the substrate 40 as shown in FIG. The seventh insulating film 70 can be formed of a predetermined oxide film, for example, a silicon oxide film.

次に、図18に示したように、第7絶縁膜70にナノドットの形成のためのシード、例えばシリコンSiをドーピングする(71)。この際、前記シードは、第7絶縁膜70の表層に注入することが望ましい。ナノドットは、第7絶縁膜70に形成される。したがって、ナノドットの所望のサイズによって第7絶縁膜70の厚さを変えて形成できる。例えば、第7絶縁膜70は、ナノドットのサイズが2nm〜5nm程度になる厚さに形成できる。   Next, as shown in FIG. 18, the seventh insulating film 70 is doped with a seed for forming nanodots, for example, silicon Si (71). At this time, the seed is preferably implanted into the surface layer of the seventh insulating film 70. Nanodots are formed in the seventh insulating film 70. Therefore, the thickness of the seventh insulating film 70 can be changed according to the desired size of the nanodots. For example, the seventh insulating film 70 can be formed to a thickness such that the size of the nanodot is about 2 nm to 5 nm.

次に、図19に示したように、前記シードがドーピングされた第7絶縁膜70に写真及びエッチング工程を適用して、基板40上に第7絶縁膜パターン70aを形成する。第7絶縁膜パターン70aが形成されるとき、第7絶縁膜70の一部も除去されて基板40の所定領域が露出される。基板40の露出された領域は、後続工程でソース領域S及びドレイン領域Dとなる。尚、図19では、シードの表示は省略されているものとする。   Next, as shown in FIG. 19, a seventh insulating film pattern 70 a is formed on the substrate 40 by applying a photograph and an etching process to the seventh insulating film 70 doped with the seed. When the seventh insulating film pattern 70a is formed, a part of the seventh insulating film 70 is also removed and a predetermined region of the substrate 40 is exposed. The exposed region of the substrate 40 becomes a source region S and a drain region D in a subsequent process. In FIG. 19, the seed display is omitted.

第7絶縁膜パターン70aを形成した後、第7絶縁膜パターン70aを所定のアニーリング装置で、所定の温度と圧力下で所定時間アニーリングする。例えば、700℃〜1100℃の温度で30秒〜1時間の間にアニーリングすることが好ましい。   After the seventh insulating film pattern 70a is formed, the seventh insulating film pattern 70a is annealed with a predetermined annealing apparatus at a predetermined temperature and pressure for a predetermined time. For example, it is preferable to anneal at a temperature of 700 ° C. to 1100 ° C. for 30 seconds to 1 hour.

このアニーリングの間に、第7絶縁膜パターン70aにドーピングされたシード、例えばシリコンが析出され、第7絶縁膜パターン70aにナノドットが形成され始め、終局に第7絶縁膜パターン70aの上層部に、複数のナノドット54が均一に分布されたナノドット層56が、所定の間隔で離隔されて形成される(図20)。   During this annealing, a seed doped in the seventh insulating film pattern 70a, for example, silicon is deposited, nanodots start to be formed in the seventh insulating film pattern 70a, and finally, in the upper layer portion of the seventh insulating film pattern 70a, Nanodot layers 56 in which a plurality of nanodots 54 are uniformly distributed are formed at predetermined intervals (FIG. 20).

次いで、図21に示したように、基板40上に第7絶縁膜パターン70aを覆う第8絶縁膜72を形成する。第8絶縁膜72は所定の酸化膜、例えばシリコン酸化膜SiO2で形成できる。第8絶縁膜72は、前記本発明の第1製造方法の第2絶縁膜46や前記本発明の第2製造方法の第5絶縁膜66と同等である。 Next, as shown in FIG. 21, an eighth insulating film 72 is formed on the substrate 40 to cover the seventh insulating film pattern 70a. The eighth insulating film 72 can be formed of a predetermined oxide film, for example, a silicon oxide film SiO 2 . The eighth insulating film 72 is equivalent to the second insulating film 46 of the first manufacturing method of the present invention and the fifth insulating film 66 of the second manufacturing method of the present invention.

一方、第7絶縁膜パターン70aと第8絶縁膜72は、相異なる絶縁膜でも形成できるが、同一な絶縁膜で形成することが望ましい。これにより、第7絶縁膜パターン70aと第8絶縁膜72を、図22に示したように、一つの絶縁膜74で示し、以下、絶縁膜74を第9絶縁膜とする。   On the other hand, the seventh insulating film pattern 70a and the eighth insulating film 72 can be formed of different insulating films, but are preferably formed of the same insulating film. Thus, the seventh insulating film pattern 70a and the eighth insulating film 72 are shown as one insulating film 74 as shown in FIG. 22, and hereinafter, the insulating film 74 is referred to as a ninth insulating film.

次に、図23に示したように、第9絶縁膜74上にコントロールゲートで使用する導電膜76を形成する。導電膜76は、ドーピングされたポリシリコン膜または金属膜で形成することができる。次いで、導電膜76をパターニングして、図24に示したように、第9絶縁膜74上のナノドット層56と上下に向き合う位置に導電膜パターン76aを形成する。導電膜パターン76aは、コントロールゲートである。   Next, as shown in FIG. 23, a conductive film 76 used as a control gate is formed on the ninth insulating film 74. The conductive film 76 can be formed of a doped polysilicon film or a metal film. Next, the conductive film 76 is patterned to form a conductive film pattern 76a at a position facing the nanodot layer 56 on the ninth insulating film 74 vertically as shown in FIG. The conductive film pattern 76a is a control gate.

図25を参照すれば、第9絶縁膜74上に導電膜パターン76aを覆う第10絶縁膜78を所定の厚さに形成する。第10絶縁膜78は、所定の酸化膜、例えばシリコン酸化膜SiO2で形成できる。第10絶縁膜78と第9絶縁膜74とは、同一な絶縁膜で形成することが望ましいので、図26に示したように、第9及び第10絶縁膜74、78を一つの絶縁膜80で示す。以下、絶縁膜80を第11絶縁膜とする。 Referring to FIG. 25, a tenth insulating film 78 covering the conductive film pattern 76a is formed on the ninth insulating film 74 to a predetermined thickness. The tenth insulating film 78 can be formed of a predetermined oxide film, for example, a silicon oxide film SiO 2 . Since the tenth insulating film 78 and the ninth insulating film 74 are preferably formed of the same insulating film, the ninth and tenth insulating films 74 and 78 are combined into one insulating film 80 as shown in FIG. It shows with. Hereinafter, the insulating film 80 is referred to as an eleventh insulating film.

次に、図27に示したように、第11絶縁膜80をパターニングして、基板40を露出させるホールh3と第3ゲートG3とを形成する。第3ゲートG3の構成は、第1ゲート(図3BのG1)や第2ゲート(図14のG2)と同一である。第3ゲートG3は、ホールh3の間に形成する。ホールh3を通じて、ソース領域及びドレイン領域が形成された基板40の所定領域が露出される。   Next, as shown in FIG. 27, the eleventh insulating film 80 is patterned to form a hole h3 and a third gate G3 through which the substrate 40 is exposed. The configuration of the third gate G3 is the same as that of the first gate (G1 in FIG. 3B) and the second gate (G2 in FIG. 14). The third gate G3 is formed between the holes h3. A predetermined region of the substrate 40 in which the source region and the drain region are formed is exposed through the hole h3.

上述したように、また図27から分かるように、ナノドット層56は、所定の間隔で離隔された複数のナノドット群N1からなっており、各群N1は再び複数のナノドット54を含む。第1ゲートG1及び第2ゲートG2と同様に、第3ゲートG3は一つのナノドット群N1を含む。そして、ナノドット群N1は第11絶縁膜80に完全に内包されるので、ナノドット群N1をなすナノドット54が第3ゲートG3の外に露出されておらず、ナノドット54の輪郭も第3ゲートG3の側面に現れていない。   As described above and as can be seen from FIG. 27, the nanodot layer 56 is composed of a plurality of nanodot groups N1 separated by a predetermined interval, and each group N1 includes a plurality of nanodots 54 again. Similar to the first gate G1 and the second gate G2, the third gate G3 includes one nanodot group N1. Since the nanodot group N1 is completely contained in the eleventh insulating film 80, the nanodot 54 forming the nanodot group N1 is not exposed outside the third gate G3, and the outline of the nanodot 54 is also the third gate G3. It does not appear on the side.

即ち、第11絶縁膜80のホールh3が形成される領域にナノドット54が存在していない。したがって、第3ゲートG3を形成する過程において、ナノドット54と第11絶縁膜80とのエッチング率の差に起因して、ナノドット54が第3ゲートG3の側面から突出したり、第3ゲートG3の周りがでこぼこになったりする従来のメモリ素子が有する問題点を解消できる。   That is, the nanodot 54 does not exist in the region where the hole h3 of the eleventh insulating film 80 is formed. Therefore, in the process of forming the third gate G3, the nanodot 54 protrudes from the side surface of the third gate G3 due to the difference in etching rate between the nanodot 54 and the eleventh insulating film 80, or around the third gate G3. Therefore, it is possible to solve the problems of the conventional memory device that is uneven.

上述したように、第3ゲートG3を形成した後、図28に示したように、基板40の露出された領域にソース領域Sとドレイン領域Dとを形成する。ソース領域S及びドレイン領域Dは、ホールh3を通じて露出された基板40の所定領域に、基板40に注入された導電性不純物と相反するタイプの導電性不純物をイオン注入して形成する。   As described above, after forming the third gate G3, the source region S and the drain region D are formed in the exposed region of the substrate 40 as shown in FIG. The source region S and the drain region D are formed by ion-implanting a conductive impurity of a type opposite to the conductive impurity implanted into the substrate 40 into a predetermined region of the substrate 40 exposed through the hole h3.

次に、図29に示したように、第3ゲートG3上にソース領域Sと接触される第1金属層58を形成し、ドレイン領域Dと接触される第2金属層60を形成する。第1金属層58及び第2金属層60は離隔されている。   Next, as shown in FIG. 29, the first metal layer 58 that contacts the source region S is formed on the third gate G3, and the second metal layer 60 that contacts the drain region D is formed. The first metal layer 58 and the second metal layer 60 are spaced apart.

図30は、上述した本発明の第1ないし第3製造方法のうちいずれか一つの方法で形成したメモリ素子のゲートについての断面を示す写真である。   FIG. 30 is a photograph showing a cross section of the gate of the memory element formed by any one of the first to third manufacturing methods of the present invention described above.

図30を参照すれば、基板(黒い部分)上に均一のサイズを有するシリコンナノドット層Cが形成されたことが分かる。   Referring to FIG. 30, it can be seen that the silicon nanodot layer C having a uniform size is formed on the substrate (black portion).

図31は、上述した本発明の第1ないし第3製造方法のうちいずれか一つの方法で形成したメモリ素子のゲートに含まれたシリコンナノドットの結晶を示す写真である。   FIG. 31 is a photograph showing a crystal of silicon nanodots contained in the gate of a memory device formed by any one of the first to third manufacturing methods of the present invention described above.

図31を参照すれば、シリコンナノドット(円で表示された部分)の結晶は、概してサイズが均一であることが分かる。   Referring to FIG. 31, it can be seen that crystals of silicon nanodots (portions indicated by circles) are generally uniform in size.

上記した説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものというより、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。例えば、当業者であればナノドットが含まれた他のメモリ素子にも本発明の製造方法を応用できる。また、ナノドット層は、少なくとも1つの層で形成できる。また、前記本発明の第1製造方法において、ナノドット層56は、ソース領域S及びドレイン領域Dを形成した後で形成できる。また、前記本発明の第3製造方法において、シリコンをドーピングする過程は、第7絶縁膜パターン70aを形成した後で実施できる。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって決まるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決まらねばならない。   Although many items have been specifically described in the above description, they should be construed as examples of desirable embodiments rather than limiting the scope of the invention. For example, those skilled in the art can apply the manufacturing method of the present invention to other memory elements including nanodots. The nanodot layer can be formed of at least one layer. In the first manufacturing method of the present invention, the nanodot layer 56 can be formed after the source region S and the drain region D are formed. In the third manufacturing method of the present invention, the silicon doping process can be performed after the seventh insulating film pattern 70a is formed. Accordingly, the scope of the present invention is not determined by the described embodiments, but must be determined by the technical ideas described in the claims.

本発明は、各種コンピュータ、携帯電話やPDAなどの携帯用通信端末器、カムコーダやデジタルカメラなどのデータメモリ機能を有する家電製品、GPSやMP3のようなメモリ機能を有する各種プレーヤなどに使用できる。   The present invention can be used for various computers, portable communication terminals such as mobile phones and PDAs, home appliances having a data memory function such as camcorders and digital cameras, and various players having a memory function such as GPS and MP3.

従来技術によるフラッシュメモリ素子の断面図である。1 is a cross-sectional view of a conventional flash memory device. 本発明の第1の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態による均一に分布されたシリコンナノドットを含むゲートを備えるメモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a memory device including a gate including uniformly distributed silicon nanodots according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による製造方法で形成したメモリ素子のゲートの断面を示す走査電子顕微鏡(SEM)の写真である。4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a cross section of a gate of a memory element formed by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による製造方法で形成したメモリ素子のゲートに含まれたシリコンナノドットの結晶を示す走査電子顕微鏡の写真である。4 is a scanning electron microscope photograph showing a silicon nanodot crystal included in a gate of a memory device formed by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 基板
10s ソース領域
10d ドレイン領域
12 ゲート積層物
12a ゲート絶縁膜
12b フローティングゲート
12c 層間絶縁膜
12d コントロールゲート
40 基板
42 第1絶縁膜
44 ナノドット物質膜
46 第2絶縁膜
48 導電膜
50 第3絶縁膜
G ゲート積層物
h1 ホール
SP スペーサ
52 絶縁膜
54 結晶ドット
56 ナノドット層
N1 ナノドット群
S ソース領域
D ドレイン領域
58 第1金属層
60 第2金属層
62 第4絶縁膜
64 導電膜
64a 導電膜パターン
66 第5絶縁膜
68 第6絶縁膜
h2 ホール
G2 第2ゲート
70 第7絶縁膜
72 第8絶縁膜
74 第9絶縁膜
76 導電膜
78 第10絶縁膜
80 第11絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 10s Source region 10d Drain region 12 Gate stack 12a Gate insulating film 12b Floating gate 12c Interlayer insulating film 12d Control gate 40 Substrate 42 First insulating film 44 Nanodot material film 46 Second insulating film 48 Conductive film 50 Third insulating film G gate stack h1 hole SP spacer 52 insulating film 54 crystal dot 56 nanodot layer N1 nanodot group S source region D drain region 58 first metal layer 60 second metal layer 62 fourth insulating film 64 conductive film 64a conductive film pattern 66 first 5th insulating film 68 6th insulating film h2 hole G2 2nd gate 70 7th insulating film 72 8th insulating film 74 9th insulating film 76 conductive film 78 10th insulating film 80 11th insulating film

Claims (18)

絶縁膜と、所定の間隔をあけて順次に積層されると共に前記絶縁膜に内包されるナノドット層及び導電膜パターンとを含むゲートを、基板上に形成する第1段階と、
前記ゲートと接触するソース領域とドレイン領域とを前記基板に形成する第2段階と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域とに、第1金属層と第2金属層とを、それぞれ形成する第3段階と
からなるメモリ素子の製造方法。
A first step of forming on the substrate an insulating film and a gate including a nanodot layer and a conductive film pattern that are sequentially stacked with a predetermined interval and are included in the insulating film;
Forming a source region and a drain region in contact with the gate on the substrate;
A method for manufacturing a memory device, comprising: a third step of forming a first metal layer and a second metal layer in the source region and the drain region, respectively.
前記第1段階は、
前記絶縁膜と、ナノドット層形成用の物質膜と、導電膜パターンとを含むゲート積層物を前記基板上に形成する第1A段階と、
前記ナノドット層形成用の物質膜を少なくとも一つのナノドットを含むナノドット層に変換する第1B段階と
を含むことを特徴とする請求項1に記載のメモリ素子の製造方法。
The first stage includes
Forming a gate stack including the insulating layer, a material layer for forming a nanodot layer, and a conductive layer pattern on the substrate;
2. The method of claim 1, further comprising: a first B step of converting the material film for forming the nanodot layer into a nanodot layer including at least one nanodot.
前記第1B段階で、前記ナノドット層形成用の物質膜が前記ナノドット層になるまで前記ゲート積層物をアニーリングすることを特徴とする請求項2に記載のメモリ素子の製造方法。   3. The method of claim 2, wherein in the step 1B, the gate stack is annealed until the material film for forming the nanodot layer becomes the nanodot layer. 前記第1A段階は、
第1絶縁膜と、前記ナノドット層形成用の物質膜と、第2絶縁膜と、導電膜と、第3絶縁膜とを、前記基板上に順次に積層する第1AA段階と、
前記第1絶縁膜と、前記ナノドット層形成用の物質膜と、前記第2絶縁膜と、前記導電膜と、前記第3絶縁膜とを、パターニングして積層物を形成する第1AB段階と、
前記積層物の側面にスペーサを形成する第1AC段階と
を含むことを特徴とする請求項2に記載のメモリ素子の製造方法。
Step 1A includes
A first AA step of sequentially stacking a first insulating film, a material film for forming the nanodot layer, a second insulating film, a conductive film, and a third insulating film on the substrate;
A first AB stage of patterning the first insulating film, the material film for forming the nanodot layer, the second insulating film, the conductive film, and the third insulating film to form a laminate;
The method of claim 2, further comprising a first AC step of forming a spacer on a side surface of the stack.
前記第1B段階より前記第2段階を先に実施することを特徴とする請求項2に記載のメモリ素子の製造方法。   3. The method of claim 2, wherein the second step is performed before the first B step. 前記ナノドット層形成用の物質膜は、SiO2-X膜(0<X<1)またはSi34-X膜(0<X<1)で形成することを特徴とする請求項2または5に記載のメモリ素子の製造方法。 6. The material film for forming the nanodot layer is formed of a SiO 2−X film (0 <X <1) or a Si 3 N 4−X film (0 <X <1). A method for manufacturing the memory element according to the above. 前記ゲートのアニーリングは、700℃〜1100℃の温度で、30秒〜1時間行うことを特徴とする請求項3に記載のメモリ素子の製造方法。   4. The method of claim 3, wherein the annealing of the gate is performed at a temperature of 700 [deg.] C. to 1100 [deg.] C. for 30 seconds to 1 hour. 前記第1段階は、
基板上に第1絶縁膜を形成する第1C段階と、
前記第1絶縁膜上にナノドット層形成用の物質膜を形成する第1D段階と、
前記ナノドット層形成用の物質膜のパターニングにより、ゲート形成領域を規定するナノドット層形成用の物質膜パターンを形成する第1E段階と、
前記ナノドット層形成用の物質膜パターンを少なくとも一つのナノドットを含むナノドット層に変換させる第1F段階と、
前記ナノドット層が形成された結果物の上に前記ナノドット層を覆う第2絶縁膜を形成する第1G段階と、
前記第2絶縁膜の前記ナノドット層に対応する位置に前記導電膜パターンを形成する第1H段階と、
前記第2絶縁膜上に前記導電膜パターンを覆う第3絶縁膜を形成する第1I段階と、
前記導電膜パターンと前記ナノドット層とを含むように、前記第1絶縁膜と、第2絶縁膜と、第3絶縁膜とをパターニングする第1J段階と
を含むことを特徴とする請求項1に記載のメモリ素子の製造方法。
The first stage includes
A first C stage of forming a first insulating film on the substrate;
Forming a material layer for forming a nanodot layer on the first insulating layer;
Forming a material film pattern for forming a nanodot layer defining a gate forming region by patterning the material film for forming the nanodot layer;
Converting the material film pattern for forming the nanodot layer to a nanodot layer including at least one nanodot;
Forming a second insulating film covering the nanodot layer on the resultant structure on which the nanodot layer is formed;
A first H stage of forming the conductive film pattern at a position corresponding to the nanodot layer of the second insulating film;
Forming a third insulating film covering the conductive film pattern on the second insulating film;
The method of claim 1, further comprising a first J step of patterning the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film to include the conductive film pattern and the nanodot layer. The manufacturing method of the memory element of description.
前記第1絶縁膜と、第2絶縁膜と、第3絶縁膜とを同一物質膜で形成することを特徴とする請求項8に記載のメモリ素子の製造方法。   9. The method of manufacturing a memory element according to claim 8, wherein the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film are formed of the same material film. 前記ナノドット層形成用の物質膜は、SiO2-X膜(0<X<1)またはSi34-X膜(0<X<1)で形成することを特徴とする請求項8に記載のメモリ素子の製造方法。 Material film for the nano dot layer formed, according to SiO 2-X film (0 <X <1) or Si 3 N 4-X film according to claim 8, characterized in that formed at (0 <X <1) Method for manufacturing the memory element. 前記第1F段階で、前記ナノドット層形成用の物質膜をアニーリングして前記ナノドット層に変換することを特徴とする請求項8に記載のメモリ素子の製造方法。   9. The method of claim 8, wherein in the first step F, the material film for forming the nanodot layer is annealed and converted into the nanodot layer. 前記アニーリングは、700℃〜1100℃の温度で、30秒〜1時間行うことを特徴とする請求項11に記載のメモリ素子の製造方法。   The method of claim 11, wherein the annealing is performed at a temperature of 700 ° C. to 1100 ° C. for 30 seconds to 1 hour. 前記第1段階は、
基板上に第1絶縁膜を形成する第1K段階と、
前記第1絶縁膜にナノドットの形成のためのシードを注入する第1L段階と、
前記シードが注入された第1絶縁膜をパターニングして、ゲート形成領域を限定する第1絶縁膜パターンを形成する第1M段階と、
前記第1絶縁膜パターンに少なくとも一つのナノドットを含むナノドット層を形成する第1N段階と、
前記基板上に前記ナノドット層が含まれた前記第1絶縁膜パターンを覆う第2絶縁膜を形成する第1O段階と、
前記第2絶縁膜の前記ナノドット層の真上側に対応する所定領域上に前記導電膜パターンを形成する第1P段階と、
前記第2絶縁膜上に前記導電膜パターンを覆う第3絶縁膜を形成する第1Q段階と、
前記導電膜パターンと前記ナノドット層とを含むように、前記第1絶縁膜と、第2絶縁膜と、第3絶縁膜とをパターニングする第1R段階と
を含むことを特徴とする請求項1に記載のメモリ素子の製造方法。
The first stage includes
A first K step of forming a first insulating film on the substrate;
A first L step of implanting seeds for forming nanodots into the first insulating layer;
Patterning the seeded first insulating layer to form a first insulating layer pattern defining a gate forming region;
Forming a nanodot layer including at least one nanodot in the first insulating layer pattern;
Forming a second insulating layer covering the first insulating layer pattern including the nanodot layer on the substrate;
A first P stage of forming the conductive film pattern on a predetermined region corresponding to the upper side of the nanodot layer of the second insulating film;
Forming a third insulating film covering the conductive film pattern on the second insulating film;
The method of claim 1, further comprising a first R step of patterning the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film to include the conductive film pattern and the nanodot layer. The manufacturing method of the memory element of description.
前記第1絶縁膜と、第2絶縁膜と、第3絶縁膜とは、シリコン酸化膜で形成することを特徴とする請求項13に記載のメモリ素子の製造方法。   14. The method of manufacturing a memory element according to claim 13, wherein the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film are formed of a silicon oxide film. 前記シードは、シリコンであることを特徴とする請求項13に記載のメモリ素子の製造方法。   The method of claim 13, wherein the seed is silicon. 前記第1M段階を前記第1L段階より先に実施することを特徴とする請求項13に記載のメモリ素子の製造方法。   The method of claim 13, wherein the first M stage is performed before the first L stage. 前記第1N段階で、前記ナノドット層は、前記第1絶縁膜パターンをアニーリングして形成することを特徴とする請求項13に記載のメモリ素子の製造方法。   The method of claim 13, wherein the nanodot layer is formed by annealing the first insulating layer pattern in the first N step. 前記アニーリングは、700℃〜1100℃の温度で、30秒〜1時間行うことを特徴とする請求項17に記載のメモリ素子の製造方法。   The method of claim 17, wherein the annealing is performed at a temperature of 700 ° C. to 1100 ° C. for 30 seconds to 1 hour.
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